RU2293770C2 - Rod of micro-alloy medium-carbon steel - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy, namely production of rolled bars such as calibrated round rods of medium-carbon micro-alloy steel with improved cutting ability used for making rods of automobile shock absorbers.

SUBSTANCE: rolled calibrated round rods are melted from medium-carbon micro-alloy steel containing next ingredients, mass %: carbon, 0.40 - 0.52; manganese, 0.40 - 0.95; silicon, 0.17 - 0.37; chrome, 0.01 - 0.025; sulfur, 0.020 - 0.045; vanadium, 0.005 - 0.02; aluminum, 0.03 - 0.05; calcium, 0.001 - 0.010; nitrogen, 0.005 - 0.015, nickel, no more than 0.25; copper, no more than 0.25; molybdenum, no more than 0.10; arsenic, no more than 0.08; phosphorus, no more than 0.030; iron and inevitable impurities, the balance while next relation is satisfied: calcium/sulfur is equal to 0.065 or more. Rolled piece has lamella type ferrite-pearlite structure with real size of grain 5 - 8 points and with diameter of rolled piece 10 - 30 mm. It has decarburated layer (ferrite + transition zone) consisting of no more than 1,5% of rod diameter, hardness of blank 229 - 255, temporary tensile strength no less than 640 MPa, percentage elongation no less than 6%, percentage narrowing no less than 30 %. Invention provides through calcination of rolled bars with diameter up to 30 mm.

EFFECT: improved cutting capability of steel at favorable relation of strength, ductility and viscosity, minimum anisotropy of mechanical properties at enhanced characteristics of calcination capability.

1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, калиброванного круглого, из среднеуглеродистой микролегированной стали повышенной обрабатываемости резанием, используемого для изготовления штоков амортизаторов автомобиля. Задачей изобретения является обеспечение рациональных условий холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей при одновременном обеспечении повышенных характеристик технологической пластичности и низкого уровня деформационного упрочнения.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of long products in bars, calibrated round, from medium-carbon microalloyed steel of high machinability by cutting, used for the manufacture of automobile shock absorber rods. The objective of the invention is to provide rational conditions for the cold forging of complex-profile high-strength fasteners while at the same time providing increased characteristics of technological plasticity and a low level of strain hardening.

Известен сортовой прокат круглый из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,38-0,47, марганец 0,8-1,2, кремний 0,17-0,37, ванадий 0,08-0,18, бор 0,001-0,005, азот 0,005-0,025, сера 0,036-0,080, кальций 0,001-0,010, остальное при условии, что отношение марганца к кальцию составляет 100-1100. (Авторское свидетельство СССР SU 1689424 A1, C 22 С 38/60 от 07.11.1989 г. Бюл. №41). Недостатком данной стали является относительно высокое содержание азота и отсутствие в композиции элементов, защищающих бор от связывания в нитриды, что в ряде случаев не позволит достичь заявляемого авторами эффекта по повышению характеристик прокаливаемости.Known long products of round steel, containing, wt.%: Carbon 0.38-0.47, manganese 0.8-1.2, silicon 0.17-0.37, vanadium 0.08-0.18, boron 0.001-0.005, nitrogen 0.005-0.025, sulfur 0.036-0.080, calcium 0.001-0.010, the rest, provided that the ratio of manganese to calcium is 100-1100. (USSR author's certificate SU 1689424 A1, C 22 C 38/60 of 11/07/1989 Bull. No. 41). The disadvantage of this steel is the relatively high nitrogen content and the absence of elements in the composition that protect boron from binding to nitrides, which in some cases will not allow the authors claimed effect to increase the hardenability characteristics.

Известен сортовой прокат круглый из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,42-0,50, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,80, серу - не более 0,040, фосфор - не более 0,035, остальное - железо. Примеси: хром - не более 0,25%, никель - не более 0,30%, мышьяк - не более 0,08%, азот - не более 0,008%, медь - не более 0,30% (Марочник сталей и сплавов, под редакцией А.С.Зубченко, М., Машиностроение, 2003, стр.102).Known long products of round steel, containing, wt.%: Carbon 0.42-0.50, silicon 0.17-0.37, manganese 0.50-0.80, sulfur - not more than 0.040, phosphorus - not more than 0.035, the rest is iron. Impurities: chromium - not more than 0.25%, nickel - not more than 0.30%, arsenic - not more than 0.08%, nitrogen - not more than 0.008%, copper - not more than 0.30% (Marochnik of steels and alloys, edited by A.S. Zubchenko, M., Mechanical Engineering, 2003, p. 102).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является сортовой прокат, в прутках, калиброванный круглый, из среднеуглеродистой микролегированной стали, содержащей, мас.%: углерод - 0,42-0,50, кремний - 0,17-0,37, марганец - 0,50-0,80, серу - не более 0,040, фосфор - не более 0,035, остальное - железо. Примеси: хром - не более 0,25%, никель - не более 0,30%, мышьяк - не более 0,08%, азот - не более 0,008%, медь - не более 0,30% (Марочник сталей и сплавов, под редакцией А.С.Зубченко, М.: Машиностроение, 2003, стр.102).The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is long products, in bars, calibrated round, from medium-carbon microalloyed steel, containing, wt.%: Carbon - 0,42-0,50, silicon - 0,17-0, 37, manganese - 0.50-0.80, sulfur - not more than 0.040, phosphorus - not more than 0.035, the rest - iron. Impurities: chromium - not more than 0.25%, nickel - not more than 0.30%, arsenic - not more than 0.08%, nitrogen - not more than 0.008%, copper - not more than 0.30% (Marochnik of steels and alloys, edited by A.S. Zubchenko, M .: Mechanical Engineering, 2003, p. 102).

Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату, круглому, из среднеуглеродистой стали, используемому для изготовления штоков амортизаторов методом точения при перпендикулярной подаче резца, является, с одной стороны, обеспечение повышенных характеристик обрабатываемости резанием, при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств и одновременном повышении характеристик прокаливаемости при обеспечении сквозной прокаливаемости сортового проката диаметром до 30 мм.The most important requirement for long products, round, from medium carbon steel, used for the manufacture of shock absorber rods by turning with a perpendicular feed of the cutter, is, on the one hand, to provide improved characteristics of machinability by cutting, while ensuring a favorable ratio of strength, ductility and toughness, a minimum level anisotropy of mechanical properties and at the same time increasing hardenability characteristics while ensuring through hardenability of high-quality Kata diameter up to 30 mm.

Техническим результатом изобретения является обеспечение рациональных условий обработки резанием штоков амортизаторов автомобиля при одновременном обеспечении однородных механических свойств по сечению проката.The technical result of the invention is the provision of rational processing conditions by cutting the rods of shock absorbers of a vehicle while ensuring uniform mechanical properties along the rolled section.

Поставленный технический результат достигается тем, что в сортовом прокате, калиброванном круглом, в прутках, выплавленном из среднеуглеродистой микролегированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы, имеющие заданные параметры качества стали по неметаллическим включениям, структуры, механических свойств, прокаливаемости и обрабатываемости резанием сталь содержит следующие соотношения компонентов, мас.%:The technical result is achieved by the fact that in long products calibrated round, in bars melted from medium-carbon microalloyed steel containing carbon and alloying elements having predetermined parameters of steel quality for non-metallic inclusions, structure, mechanical properties, hardenability and machinability by cutting, steel contains the following the ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,40-0,520.40-0.52 марганецmanganese 0,40-0,950.40-0.95 кремнийsilicon 0,17-0,370.17-0.37 хромchromium 0,01-0,250.01-0.25 сераsulfur 0,020-0,0450,020-0,045 ванадийvanadium 0,005-0,020.005-0.02 алюминийaluminum 0,03-0,050.03-0.05 кальцийcalcium 0,001-0,0100.001-0.010 азотnitrogen 0,005-0,0150.005-0.015 никельnickel не более 0,25no more than 0.25 медьcopper не более 0,25no more than 0.25 молибденmolybdenum не более 0,10no more than 0.10 мышьякarsenic не более 0,08no more than 0.08 фосфорphosphorus не более 0,030no more than 0,030 железо и неизбежные примесиiron and inevitable impurities остальноеrest

при выполнении соотношения: кальций/сера ≥0,065,when fulfilling the ratio: calcium / sulfur ≥0.065,

прокат имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, диаметр от 10 до 30 мм, кривизну не более 1,0 мм/м, обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра проката, твердость 229-255 НВ, временное сопротивление разрыву не менее 640 МПа, относительное удлинение не менее 6%, относительное сужение не менее 30%.the rolled product has a lamellar ferrite-pearlite structure, the actual grain size is 5-8 points, the diameter is from 10 to 30 mm, the curvature is not more than 1.0 mm / m, the decarburized layer is not more than 1.5% of the rolled diameter, hardness 229-255 HB , temporary tensile strength not less than 640 MPa, elongation of not less than 6%, relative narrowing of not less than 30%.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии (шток амортизатора диаметром до 30 мм), после токарной обработки, закалки токами высокой частоты и последующей шлифовки феррито-перлитную мелкодисперсную структуру с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности.The above combinations of alloying elements make it possible to obtain in a finished product (a shock absorber rod with a diameter of up to 30 mm), after turning, quenching with high-frequency currents and subsequent grinding, a ferrite-pearlite fine structure with a favorable combination of strength and ductility characteristics.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,52%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,40% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.Carbon is introduced into the composition of this steel in order to ensure a given level of its strength and hardenability. The upper limit of the carbon content (0.52%) is due to the need to ensure the required level of ductility of steel, and the lower - 0.40%, respectively - to ensure the required level of strength and hardenability of this steel.

Ванадий вводится в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зеренной структуры. При этом он управляет процессами в нижней части аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ-α-превращения). Верхняя граница содержания ванадия - 0,02%, обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.Vanadium is introduced into the composition of this steel in order to provide a finely dispersed, uniform grain structure. Moreover, it controls the processes in the lower part of the austenitic region (determines the tendency to growth of austenite grain, stabilizes the structure during thermomechanical processing, increases the temperature of recrystallization and, as a result, affects the nature of the γ-α transformation). The upper limit of the vanadium content is 0.02%, due to the need to ensure the required level of ductility of steel, and the lower - respectively 0.005% - to ensure the required level of strength of this steel.

Марганец и хром используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 0,95% и хрома - 0,25% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний, марганца - 0,40% и 0,01% хрома соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.Manganese and chromium are used, on the one hand, as solid solution hardeners, and on the other hand, as elements that increase the stability of supercooled austenite of steel. Moreover, the upper level of manganese — 0.95% and chromium — 0.25% is determined by the need to ensure the required level of ductility of steel, and the lower, manganese — 0.40% and 0.01% of chromium, respectively, by the need to provide the required level of strength and hardenability this steel.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,17% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,37% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.Silicon refers to ferrite-forming elements. The lower limit for silicon - 0.17% due to the technology of deoxidation of steel. A silicon content above 0.37% will adversely affect the ductility characteristics of steel.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0,040%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,020%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением заданного уровня обрабатываемости резанием данной стали.Sulfur determines the level of ductility of steel. The upper limit (0.040%) is due to the need to obtain a given level of ductility and toughness of steel, and the lower limit (0.020%) is due to issues of manufacturability, as well as providing a given level of machinability by cutting this steel.

Алюминий используется в качестве раскислителя стали и элемента, обеспечивающего формирование мелкодисперсной, зеренной структуры. Верхний предел (0,050%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0,030%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением однородной зеренной структуры стали.Aluminum is used as a deoxidizer of steel and an element that provides the formation of a finely dispersed, grain structure. The upper limit (0.050%) is due to the need to obtain a given level of ductility and toughness of steel, and the lower (0.030%) due to technological issues of production, as well as ensuring a uniform grain structure of steel.

Кальций - элемент, модифицирующий неметаллические включения. Верхний предел (0,010%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0,001%) предел - вопросами технологичности производства.Calcium is an element that modifies non-metallic inclusions. The upper limit (0.010%) is due to the need to obtain a given level of ductility and toughness of steel, and the lower (0.001%) limit is due to issues of manufacturability.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,015% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел -0,005% вопросами технологичности производства.Nitrogen promotes the formation of nitrides in steel. The upper limit of nitrogen content - 0.015% is due to the need to obtain a given level of ductility and toughness of steel, and the lower limit is -0.005% by issues of manufacturability.

Соотношение кальций/сера ≥0,065% определяет условия образования глобулярных сульфидов. При его выполнении - сульфиды глобулярные, в противном случае в стали присутствуют вытянутые сульфиды, что повышает анизотропию свойств стали и ухудшает соотношение прочность-вязкость, особенно сильно в поперечном направлении проката.A calcium / sulfur ratio of ≥0.065% determines the conditions for the formation of globular sulfides. When it is performed, the sulfides are globular, otherwise elongated sulfides are present in the steel, which increases the anisotropy of the properties of the steel and worsens the strength-toughness ratio, especially strongly in the transverse direction of the rolled product.

Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - повышение характеристик обрабатываемости резанием при сохранении благоприятного соотношения прочность-пластичность и вязкость стали.The analysis of patent and scientific and technical information did not reveal solutions having a similar set of features that would achieve a similar effect - improving the machinability of cutting while maintaining a favorable ratio of strength-ductility and toughness of steel.

Ниже дан пример осуществления предлагаемого изобретения.The following is an example implementation of the invention.

Выплавку исследуемой стали (химический состав, мас.%: углерод - 0,48, марганец - 0,72, кремний - 0,32, хром - 0,10, ванадий - 0,01, сера - 0,034, алюминий - 0,037, кальций - 0,0025, азот - 0,010) проводили в шахтной электропечи «Фукс». Использовали шихтовку плавки жидким чугуном до 40% от общего объема шихты. Окислительный период предусматривал высокие скорости окисления углерода в пределах 0,05-0,07%/мин. Электрический режим предусматривал отключение печи при содержании углерода на 0,2-0,4% выше нижнего предела по заданному, додувку по углероду производят без электродуги. Температура выпуска из печи 1640-1680°С. Ввод ферросплавов, обработка стали для удаления неметаллических включений производились на установке печь- ковш, оборудованной системой электроподогрева или химподогрева. Температура стали перед разливкой на 60°С выше температуры ликвидуса марки. Разливка стали производилась в уширенные к верху изложницы. Масса слитка 7,85 т. Для обеспечения заданного содержания азота при разливке производили защиту струи металла аргоном через специальное кольцевое устройство. Нагрев слитков в обжимном цехе производили в рекуперативных колодцах до температуры начала прокатки 1250-1270°С. Прокатку слитков проводили на блюминге (стан 1300) и далее на непрерывном заготовочном стане на заготовку сечением 100×100 мм. Для снятия образовавшегося при нагреве слитков обезуглероженного слоя заготовки подвергали абразивной зачистке. Затем производили горячую прокатку полученной заготовки на проволочном стане 150 или мелкосортном стане 250 в диаметрах от 5,5 до 23 мм в мотках. Для обеспечения величины обезуглероженного слоя не более 1% от диаметра ограничен темп выдачи заготовок из печи не менее 100 т/ч для стана 150 и не менее 56 т/ч для стана 250. Температура начала прокатки заготовок 1220-1240°С для стана 250 и 1270-1290°С для стана 150. Горячую прокатку сортового проката заканчивали при температуре 1000-1050°С, далее ускоренное охлаждение до 880-900°С. Далее прокат подвергался калибровке.Smelting of the test steel (chemical composition, wt.%: Carbon - 0.48, manganese - 0.72, silicon - 0.32, chromium - 0.10, vanadium - 0.01, sulfur - 0.034, aluminum - 0.037, calcium - 0.0025, nitrogen - 0.010) was carried out in the Fuchs mine electric furnace. Used a batch of smelting with molten iron up to 40% of the total volume of the charge. The oxidation period provided for high rates of carbon oxidation in the range of 0.05-0.07% / min. The electric mode provided for turning off the furnace with a carbon content of 0.2-0.4% above the lower limit for a given one, carbon blowing is carried out without an electric arc. The temperature of the exhaust from the furnace 1640-1680 ° C. Ferroalloys were introduced, steel was processed to remove non-metallic inclusions at the ladle furnace equipped with an electric heating or chemical heating system. The temperature of the steel before casting is 60 ° C higher than the liquidus temperature of the brand. Steel casting was carried out in molds broadened to the top. The weight of the ingot is 7.85 tons. To ensure a given nitrogen content during casting, the metal stream was protected by argon through a special ring device. The ingots were heated in a crimping workshop in recuperative wells to a rolling start temperature of 1250-1270 ° C. The ingots were rolled on blooming (mill 1300) and then on a continuous billet mill to a workpiece with a section of 100 × 100 mm. To remove the decarburized layer formed during heating of the ingots, the workpieces were subjected to abrasive cleaning. Then, the obtained billet was hot rolled at a wire mill 150 or a small-grade mill 250 in diameters from 5.5 to 23 mm in coils. To ensure the size of the decarburized layer is not more than 1% of the diameter, the rate of delivery of billets from the furnace is limited to not less than 100 t / h for mill 150 and not less than 56 t / h for mill 250. The temperature of the start of rolling of billets is 1220-1240 ° C for mill 250 and 1270-1290 ° C for mill 150. Hot rolling of long products was completed at a temperature of 1000-1050 ° C, then accelerated cooling to 880-900 ° C. Next, the rental was calibrated.

В результате горячей прокатки и последующей калибровки получаем сортовой прокат ⌀22,5 мм, длиной - 5900 мм, кривизна прутков - не более 0,7 мм/м. Структура пластинчатого перлита, обезуглероденный слой глубиной 0,05 мм, балл действительного зерна - 7, твердость заготовки 229-241 НВ, временное сопротивление разрыву 680 МПа, относительное удлинение 9%, относительное сужение 42%. Соотношение: кальций/сера = 0,074, содержание кальция - 0,0025%, серы - 0,034%.As a result of hot rolling and subsequent calibration, we obtain long products ⌀22.5 mm, length - 5900 mm, bar curvature - not more than 0.7 mm / m. The structure of lamellar perlite, a decarburized layer with a depth of 0.05 mm, a real grain score of 7, the hardness of the billet 229-241 HB, a tensile strength of 680 MPa, an elongation of 9%, a relative narrowing of 42%. Ratio: calcium / sulfur = 0.074, calcium content - 0.0025%, sulfur - 0.034%.

Внедрение предложенного способа производства сортового проката из среднеуглеродистой стали повышенной обрабатываемости резанием, обеспечивающего получение двухслойных сэндвич-неметаллических включений, гарантирующих, с одной стороны, обеспечение повышенных характеристик резанием, с другой стороны - благоприятное соотношением прочности пластичности и вязкости стали.Implementation of the proposed method for the production of long products from medium carbon steel with increased machinability, providing two-layer sandwich-non-metallic inclusions, guaranteeing, on the one hand, providing improved cutting characteristics, on the other hand, a favorable ratio of ductility and toughness of steel.

Claims (1)

Сортовой прокат калиброванный круглый, в прутках, выплавленный из среднеуглеродистой, микролегированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы, имеющий заданные параметры качества стали по неметаллическим включениям, структуре, механическим свойствам, прокаливаемости и обрабатываемости резанием, отличающийся тем, что сталь содержит следующие соотношения компонентов, мас.%:Long products calibrated round, in bars, melted from medium-carbon, microalloyed steel containing carbon and alloying elements, having specified steel quality parameters for non-metallic inclusions, structure, mechanical properties, hardenability and machinability by cutting, characterized in that the steel contains the following ratio of components, wt.%: УглеродCarbon 0,40-0,520.40-0.52 МарганецManganese 0,40-0,950.40-0.95 КремнийSilicon 0,17-0,370.17-0.37 ХромChromium 0,01-0,250.01-0.25 СераSulfur 0,020-0,0450,020-0,045 ВанадийVanadium 0,005-0,020.005-0.02 АлюминийAluminum 0,03-0,050.03-0.05 КальцийCalcium 0,001-0,0100.001-0.010 АзотNitrogen 0,005-0,0150.005-0.015 НикельNickel Не более 0,25No more than 0.25 МедьCopper Не более 0,25No more than 0.25 МолибденMolybdenum Не более 0,10No more than 0.10 МышьякArsenic Не более 0,08No more than 0,08 ФосфорPhosphorus Не более 0,030No more than 0,030 Железо и неизбежные примесиIron and inevitable impurities ОстальноеRest при выполнении соотношения кальций:сера ≥ 0,065,when the ratio of calcium: sulfur ≥ 0,065, прокат имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, диаметр от 10 до 30 мм, кривизну не более 1,0 мм/м, обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра проката, твердость 229-255 НВ, временное сопротивление разрыву не менее 640 МПа, относительное удлинение не менее 6%, относительное сужение не менее 30%.the rolled product has a lamellar ferrite-pearlite structure, the actual grain size is 5-8 points, the diameter is from 10 to 30 mm, the curvature is not more than 1.0 mm / m, the decarburized layer is not more than 1.5% of the rolled diameter, hardness 229-255 HB , temporary tensile strength not less than 640 MPa, elongation of not less than 6%, relative narrowing of not less than 30%.